GCO (Contournement Ouest de Strasbourg) Etude de type 1. Stella BECKER. Ingénieur des Travaux Publics de l Etat CETE de l EST - Metz

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1 GCO (Contournement Ouest de Strasbourg) Etude de type 1 Stella BECKER Ingénieur des Travaux Publics de l Etat CETE de l EST - Metz

2 Le projet Nouveau tronçon autouroutier, Longueur : 28 km Trafic attendu : véh.jour Report PL Requalification de la traversée de Strasbourg 3 Etude de type 1 «AIR» : Objectifs 1. Caractérisation de l état initial 2. Évaluation de la pollution routière et horizons d études (2020) 3. Évaluation du projet Impact du projet 3.2 Impacts globaux (effet de serre.) 3.3 Impacts de proximité directs et indirects 3.4 Approche sanitaire : IPP 4. Conclusion 5. Incertitudes 4

3 Etude de type 1 : moyens Estimation des émissions ainsi que la consommation énergétique au niveau de l aire d'étude, Estimation des concentrations dans la bande d'étude et l aire d étude pour les zones urbanisées, Analyse des variantes via l IPP, Analyse des coûts collectifs des pollutions et des nuisances, et des avantages induits pour la collectivité, Etude détaillée santé conforme à la grille d analyse de l InVS et basée sur la démarche d évaluation des risques sanitaires en 4 étapes, Etude des effets sur la végétation et les sols en milieu non urbanisé, Mise en place pour les très gros projets où des problèmes de pollution sont à attendre, de capteurs de pollution à demeure (en liaison avec l'organisme de surveillance de la qualité de l'air). 5 Le réseau r modélis lisé tronçons km Projet : 28 km 6

4 Etude de type 1 «AIR» 1. Caractérisation risation de l état initial 2. Évaluation de la pollution routière et horizons d études (2020) 3. Évaluation du projet Impact du projet 3.2 Impacts globaux (effet de serre.) 3.3 Impacts de proximité directs et indirects 3.4 Approche sanitaire : IPP 4. Conclusion 5. Incertitudes 7 1. État initial Campagnes de mesures été hiver 2002 (ASPA) 2*15 jours NO2 traceur C6H6 cancérigène Complément des données existantes (INTERREG II) Remarque : pour le volet santé, besoin de valeurs de bruit de fond pour plus de 20 polluants : mesures ou estimations? 8

5 État initial : cartographie générale [NOx] été [NOx]Hiver 9 1. Caractérisation de l état initial 2. Évaluation de la pollution routière re et horizons d études (2020) 3. Évaluation du projet Impact du projet 3.2 Impacts globaux (effet de serre.) 3.3 Impacts de proximité directs et indirects 3.4 Approche sanitaire : IPP 4. Conclusion 5. Incertitudes 10

6 Facteurs explicatifs: Quantité de trafic Structure du trafic (% de PL) Vitesse moyenne de circulation 4) Météo Émissions 2. Pollution routière re Concentrations (imissions) 5) Population, occupation des sols Exposition de la population, santé Polluants étudiés : Polluants de base NOx, CO, HC ou COV, C6H6, PM, CO2, SO2 et consommation énergétique. Cadmium et plomb pour la pollution particulaire Etude de niveau I (polluants supplémentaires/santé) N2O, NH4, CH4 et CH3 Pour les COV : 1.3 butadiène, formaldéhyde, acroléïne Pour les HAP : benzo(a)pyrène, naphtalène Pour les métaux : chrome, cuivre, nickel, sélénium Pollution routière re Initial : 2000, réseau actuel Les différents états Référence : 2020, réseau actuel + projets annexes Futur : 2020, réseau de référence + GCO Evolutions : Initial à référence : tendancielle Référence à futur : impact du projet 12

7 2. Pollution routière re Nox initial g/jour Moyenne journalière (µg/m3) Pollution routière re Nox «référence rence» g/jour Moyenne journalière (µg/m3) 14

8 Évolution tendancielle Gains technologiques Evolution des normes d'é missions des voitures particulières en Evolution des normes d'é missions des voitures particulières en Europe pour une voiture de cylindrée moyenne (Base:100 à la Europe pour une voiture de cylindrée moyenne (Base:100 à la première réglementation ) première réglementation ) 2. Pollution routière re CO 70 CO HC 60 HC NOx 40 NOx Particules 30 Particules NOx Source 1976 Ademe1981 NOx Source Ademe CO CO cata, cata, cata, 2000 ess, cata, 2005 Die, ess, Die, NOx : -47% (malgré hausse du trafic) CO2 : +48% Pollution routière re Nox «futur» g/jour 2020 avec GCO Moyenne journalière (µg/m3) 16

9 1. Caractérisation de l état initial 2. Évaluation de la pollution routière et horizons d études (2020) 3. Évaluation du projet Impact du projet 3.2 Impacts globaux (effet de serre.) 3.3 Impacts de proximité directs et indirects 3.4 Approche sanitaire : IPP 4. Conclusion 5. Incertitudes Impacts du projet % Etat futur avec GCO / état de référence Emissions de NOx (g/j) 18

10 3.2 Impacts globaux Rejets de CO2 liés au trafic 2000 : kg/jour 2020 sans GCO : kg/jour 2020 avec GCO : kg/jour soit 2% CRR (raffinerie locale) : kg/jour Projet : kg/jour Gain du projet : 1/10ème CRR ou 1/3 de GCO Impacts de proximité ) Directs : proximité du projet lui-même ) Indirects : liés aux reports sur l ensemble du réseau 20

11 3.3.1) Impacts directs Zoom sur la liaison A4 GCO à Vendenheim, au nord du projet (référence) 2020 (avec GCO) [NOx] en moyenne journalière (µg/m3) Les calculs restent théoriques. Proposition de suivi de la pollution à terme (instrumentation du site). Bilan : peu de risques directs sur le reste du réseau, car recherche en amont d évitement du bâti ) Impacts indirects (référence) 2020 (avec GCO) [NOx] en moyenne journalière (µg/m3) Agglomération de Strasbourg 22

12 3.4 Approche sanitaire : IPP IPP : Indice Pollution-Population IPP = pollution * population X Approche sanitaire : IPP Situation Initiale 2000 Référence (2020 sans projet) Futur (2020 avec GCO IPP Benzène IPP NOx IPP Benzène HPS HPP NOx HPS

13 4. Conclusions de l él étude «AIR» Tendance : Hausse du trafic, CO2 +48%, NOx 47% Gains technologiques Projet : Impact global favorable : CO2 : -2% Peu de risques directs Utilité collective (angle sanitaire): baisse de l IPP SENSIBILITE DU MODELE Trafic +-10% Émissions +-20% Dispersion +-20% Population +-X% PL +10 % conso +4.2% NOx +4.6% en heure creuse conso +3.7% Nox +4.9% heure de pointe PL -10 % conso -4.2% NOx -4.6% en heure creuse V +10 % V -10 % conso -3.7% Nox -4.9% heure de pointe conso +2.7% NOx +2.6% en heure creuse conso +0.2% Nox +0.3% heure de pointe conso 5.4% NOx 3.7% en heure creuse conso +1.4% Nox +1.6% heure de pointe Au moins +-50% 26

14 L étude SANTE Étude de type I (+ de véh.jour, bâti et population) : Etude détaillée des effets sur la santé, conformément à la démarche d évaluation des risques sanitaires (INVS): éléments chiffrés des risques encourus par la population (méthodologie MELTM-DGS-MEDD pour les infrastructures routières) res) Aire d étude : réseau routier pris en compte dans l évaluation de la pollution atmosphérique et les effets sanitaires par inhalation 27 Démarche d évaluation des risques : LES 4 ETAPES THEORIQUES 1. Identification du danger - Quels effets toxiques pour chaque agent dangereux et le mode de contact (effets aiguës, chroniques ) Choix des éléments traceurs de risque en fonction de la toxicité intrinsèque de chaque élément et des voies d exposition? 2. Choix de la valeur toxicologique de référence - Quelle est la relation entre la dose et la réponse? 3. Évaluation des expositions - Qui, où, comment, combien et combien de temps en contact avec l agent dangereux 4. Caractérisation du risque - Quelle est la probabilité de survenue du danger pour un individu ou une population donnée? 28

15 Démarche d évaluation des risques : LES 4 ETAPES THEORIQUES 1. Identification du danger Polluants étudiés : NOx, CO, HC ou COV, C6H6, PM, CO2, SO2 Cadmium et plomb pour la pollution particulaire Etude de niveau I (polluants supplémentaires/santé) N2O, NH4, CH4 et CH3 Pour les COV : 1.3 butadiène, formaldéhyde, acroléïne Pour les HAP : benzo(a)pyrène, naphtalène Pour les métaux : chrome, cuivre, nickel, sélénium 2. Choix de la valeur toxicologique de référence Critère : valeur la plus contraignante / santé pour chaque polluant Quantification de l expositionl Concentration moyenne inhalée liée à une exposition au milieu i par inhalation, pendant la fraction de temps TI (µg ou mg/m 3 ) CI = ( Ci Ti) DE/ TP Avec Ci = concentration moyenne inhalée (mg/m 3 ) ou µg/m 3 Ti = taux d exposition (heures, jours), pris = à 1 (majoration) DE = durée d exposition en années (pour cancérigènes) TP = temps de pondération en années (pour cancérigènes) 30

16 Quantification de l expositionl CI = ( Ci Ti) DE/ TP Ci = calculée à l HPS pour les effets aiguës (exposition <24h à forte [X]) Ci = calculée par TMJA pour les effets chroniques à seuil et sans seuil (cancérigènes) (exposition > 1 an à faible [X]) La Ci est calculée pour chaque polluant et pour chaque effet considéré, et ce, sur l ensemble de l aire d étude (dispersion modèle gaussien et interpolation linéaire) Une pollution de fond (hors routes) a été ajouté aux Ci de chaque polluant 31 Quantification de l expositionl Le bruit de fond ajouté aux Ci Valeurs numériques du fond définies selon 5 cas de figure : 1) Valeur de fond connue par stations urbaines, péri-urbaines et rurales( NO 2, SO 2, PM, Benzo(a)pyrène, Cd, Ni, Pb). Les valeurs «péri-urbaines» ont été attribuées à toutes les zones bâties se situant en zone rurale de l aire d étude, dénommées «village»). 2) Valeur connue en station fixe péri-urbaine. ( Benzène, 1.3 butadiène, Formaldhéides). La valeur attribuée comme bruit de fond à l agglomération de Strasbourg (= valeur «sans la source routière»). Pour les zones «village» et «campagne», les valeurs retenues résultent d une estimation par extrapolation. 3) Valeur non connue mais évaluable ( ratios d émissions sur Copert III) : Cr & Se ont la même structure d évolution que Ni & Cd. Les valeurs de bruit de fonds connues pour ces derniers ont été attribuées au Cr et Se. (Remarque : suppose que la pollution de fond a la même structure que la pollution d origine routière. Cette incertitude n est pas quantifiable.) 4) Bruit de fond non connu mais évaluable sur la base d études analogues ( Cu & Zn) : bilan de mesures entre 1984 et 2000 dans l agglomération Lilloise 5) Bruit de fond non connu & non évaluable (NH3 & acroléine) : calculs réalisés sur pollution routière seulement Valeurs ajoutées aux valeurs issues de la modélisation. Bruit de fond considéré identique pour les trois scénarii de trafic : actuel, 2020 sans projet et 2020 avec projet. CETE de l EST (Stella BECKER) Etudes «Air et Santé» dans les projets routiers 28/05/04 ENPC - PFE

17 Polluants Bruits de fonds (µg/m3) - Etat initial CUS Village Campagne NH3 SO CO NO PM COVNM Benzène 1,5 1,2 0,5 1,3 Butadiène 0,29 0,2 0,15 Formaldhéides 2 1,5 0,5 Acroléine Quantification de l expositionl Spatialisation du bruit de fond ajouté aux Ci HAP Benzo(a)pyrène 0, , , Naphtalène 0, , , ETM Cd , , Cr < < < Cu Ni < < < Pb Se , , Zn La part routière a été soustraite par extrapolation (CITEPA ; ASPA) C.U.S. (Communauté Urbaine de Strasbourg) Village (Rural avec population) Campagne (Interurbain) 33 Caractérisation risation du risque Effets avec seuil (non cancérigènes) QD :quotient de danger (ID, IR, RD : indices, ratio de risque ou de danger) QD = CI/CAA CI : concentration inhalée CAA : concentration atmosphérique admissible (au sens de concentration de référence ) Si QD < ou = 1 : La population exposée est théoriquement hors de toute possibilité d apparition des effets indésirables pour la santé humaine Si QD > 1 : l effet toxique peut se déclarer sans qu il soit possible d estimer la probabilité de survenue de cet événement C est une méthode qualitative et qui n exprime pas un risque 34

18 Caractérisation risation du risque Effets sans seuil (cancérig rigènes) ERI : excès de risque individuel Probabilité (supplémentaire) de développer l effet, associé à la substance, du fait de l exposition considérée pendant une vie entière ERI = CI x ERUi CI : concentration inhalée ERUi : excès de risque unitaire par inhalation (µg/m 3 ) -1 ERI compris entre 0 et 1 (probabilité de survenue d un effet) Impact = nombre de cas en excès pour une exposition donnée (ERCollectif) I = ERI x N N = effectif de la population exposée (exposition constante) 35 Acceptabilité des risques Effets sans seuil - pas de seuil absolu d acceptabilité : (USA, Canada) risque acceptable en population générale (1 cas / ) : limite acceptable en milieu professionnel : seuil d intervention (Circulaire MATE sur les sols pollués, OMS) - En France, nombreuses discussions entre le 10-6 et le

19 Les effets aiguës à seuil Effets aiguës, à seuil Substances NH3 SO2 NO2 PM10 (ici = diesel) Effet critique Irritation des voies respiratoires hautes (nez et gorges) Diminution des fonctions pulmonaires Diminution des fonctions pulmonaires Augmentation des problèmes respiratoires Résultats VTR (mg/m 3 ) 0,35 QD maximum Etat Initial Part de la population pour qui QD >1 (%) Etat de référence (sans GCO) QD maximum Part de la population pour qui QD >1 (%) Etat futur (avec GCO) QD maximum Part de la population pour qui QD >1 (%) 0,0165 0,00 0,0247 0,00 0,0229 0, ,48 0,00 0,15 0,00 0,13 0, ,08 2,08 2,14 1,8 1,80 PM 10 : ,3 67, ,43 1,86 50,92 Diminution de certains processus 0,16 Benzène immunologiques 0,16 0,00 0,016 0,00 0,0167 0,00 Congestion de la sphère ORL (+ irritations du nez et du Formaldh éides thorax) 2,55 2,63 0,16 0,00 0,14 0,00 Acroléine Irritation occulaire 1, ,42 1,83 0,14 0,00 0,11 0,00 Somme des Quotients de danger (irritations nez, gorge) NH3, formald éhides Somme des Quotients de danger (fonction pulmonaire) SO2, NO2 nc : non calculé Population totale de l'aire d'étude : ,57 2,63 0,18 0,00 0,16 0,00 4,48 8,08 2,23 2,14 1,93 1,80 37 Résultats Effets à seuil Les effets chroniques à seuil Substances Effet critique VTR (mg/m 3 ) QD maximum NH3 Effets respiratoires (aggravation de symptômes déjà présents chez les personnes) et irritation des yeux. Part de la population pour qui QD >1 (%) Etat référence (sans GCO) QD maximum Part de la population pour qui QD >1 (%) 0,1 0,033 0,00 0,07 0,00 SO2 Effets respiratoires ,41 0,00 0,22 0,00 NO2 Effets respiratoires ,23 3,6 38,06 PM10 (ici = diesel) Effets respiratoires (Diesel) ,00 5,6 100,00 Benzène Diminution du nombre de lymphocytes ,26 0,00 0,08 0,00 1,3 Butadiène Développement (atrophie ovarienne) ,54 53,00 3,6 7,85 Formaldhéides altération de l'épithélium nasal 9, ,8 11,99 0,7 0,00 Acroléine lésions nasales ,33 64,7 70,74 Naphtalène Effets respiratoires (hyperplasie et métaplasie des épithélium respiratoires et olfactifs Etat initial ,24 0,00 0,04 0,00 Cd Altération des fonctions rénales ,22 0,00 0,24 0,00 Cr poumon Cr6 : ,065 0,00 0,07 0,00 Cu Irritations occulaires et respiratoires 1, ,63 0,00 0,74 0 Inflammation chronique des voies Ni respiratoires et fibrose pulmonaire ,066 0,00 0,0709 0,00 Se Irritations occulaires et respiratoires 2, ,0052 0,00 0,0056 0,00 Zn Irritations occulaires et respiratoires 1, ,104 0,00 0,11 0,00 Somme des Quotients de danger (irritations occulaires et respiratoires) Se, Cu, Zn Somme des Quotients de danger (effets respiratoires) Acroléine, SO2, NO2, naphtalène, NH3 Somme des Quotients de danger (effets respiratoires) SO2, NO2, naphtalène, NH3, SANS l'acroléine 0,74 0,00 0,86 0,00 381,68 80,33 68,63 70,74 12,68 47,23 3,93 38,06

20 Résultats Les effets chroniques à seuil Effets chroniques à seuil Substances Etat initial Effet Part de la pop. pour QD QD max critique qui QD >1 maxi (%) Etat référence (sans GCO) Part de la pop. pour qui QD > 1 (%) QD mini Etat futur (avec projet) QD maxi Part de la pop. pour qui QD >1 (%) Impact du projet (Futur-référence) Variation du QD max Evolution Futur - initial sur la part de sur la part pop. pour qui de pop. pour Variation du QD >1 en % qui QD >1 QD max de la en % de la population population Somme des Quotients de danger (irritations occulaires et respiratoires ) Se, Cu, Zn 0,74 0,00 0,86 0, 00 0,22 0,67 0,00-0, 19 0,00-0,07 0,00 Somme des Quotients de danger (effets respiratoires) Acroléine, SO2, NO2, naphtalène, NH 3 Somme des Quotients de danger (effets respiratoires) SO2, NO2, naphtalène, NH3, SANS l'acroléine 381,68 80,33 68,63 70,74 0,02 47,15 72,47-21,48 1,73-334,53-7,86 12,68 47,23 3,93 38,06 0,00 2,35 35,76-1, 58-2,30-10,33-11,47 39 Pour les effets à seuil (aiguës et chroniques) Les QD baissent de l état initial à l état de référence (améliorations technologiques / facteurs d émission d origine routière) Les QD baissent de l état de référence à l état futur (avec projet), (amélioration des conditions de circulation / émissions de polluants, baisse des valeurs de bruits de fond (CUS / Rural) ) Pour les QD > 1, la part de la population concernée baisse avec le projet GCO d où amélioration sanitaire globale. 40

21 Excès de risques individuels et collectifs pour les effets Substances et site de cancer Résultats Expo (années) ERI mini Etat initial ERI maxi ERC pour pop. totale Etat de référence (sans projet) ERI mini Les effets sans seuil (cancérigènes) ERI maxi ERC pour pop. totale Etat futur (avec projet) ERI mini ERI maxi ERC pour pop. totale Excès de cas attribuables au projet (Futurréférence) Variation de l'eri max ERC pour pop. totale ERG poumon (Ni, Cr, Cd, BaP, 1,3 butadiène, et PM 30 1,87E-04 2,96E ,93 1,87E-04 1,75E ,76 1,87E-04 1,31E ,71-4,39E-04-12, ,25E-04 1,97E ,62 1,25E-04 1,17E ,17 1,25E-04 8,73E ,14-2,93E-04-8, ,24E-05 9,85E ,31 6,23E-05 5,83E ,59 6,23E-05 4,37E ,57-1,46E-04-4,02 41 Pour les effets sans seuil (cancérigènes, chroniques) Les excès de risques individuels (ERI) sont inférieurs avec le projet pour tous les polluants (cancers du poumon, nez et sang). Pour une durée d exposition de 10 ans, le projet permet d éviter à la population ( personnes): 0,1 cas de cancer du nez (soit 14 pour 100 Millions) 0,01 cas de leucémie (soit 1,5 cas pour 100 M.) 4 cas de cancer du poumon (soit 6 cas pour 1M.) sur les 560 cas qui apparaîtraient dans la population considérée (occurrence INSERM 1997) (remarque : 250 cas modélisés en 2000 avec occurrence 1997 variabilité inter-espèce+ incertitudes des modèles = 50%). 42

22 Facteurs de surestimation du risque F* Choix du scénario (taux d'exposition) 4,4 ou 1,4 Valeurs de bruit de fond moyen constant dans le temps? Attribution de valeurs "pollution de fond" de type "péri-urbain" aux zones rurales avec population 1,8 Valeurs de fond pour les PM considérées de structure diesel à 100 %? Choix des VTR pour les expositions aiguës : Formaldéhyde : ATSDR versus OMS 0,5 SO 2 : OMS versus ATSDR 5 Acroléine : ATSDR versus OMS 500 NH3 ATSDR 1 versus ATSDR 2 3,5 Choix des VTR pour les expositions chroniques : Ammoniaque : US-EPA versus ATSDR 0,3 Naphtalène : US-EPA versus ATSDR 0,9 Acroléine : US-EPA versus ATSDR 3,3 Benzène : US-EPA versus OMS Chrome VI : OMS versus US-EPA 10 1,3 butadiène US EPA 1 versus US EPA 2 8 Erreur sur le calcul et la représentation graphique en proximité routière Facteurs de sous-estimation du risque F* Sélection non exhaustive des agents dangereux? Non prise en compte de la voie orale dans le présent rapport (à compléter)? Choix de l'heure de pointe du soir 2 44

23 Sens de l incertitude inconnu F* Incertitudes diverses liées à la modélisation? Choix de représentants pour les HAP et les COVNM? Calculs des concentrations moyennes d'exposition et densité de population dans des mailles de 330 x 330 m? Extrapolation et clé de répartition pour les familles de polluants HAP, COVNM et ETM > à 1? Périm ètre de représentativité de la station fixe pour les polluants (1,3 butadiène, formaldhéides)? Ajout d un bruit de fond moyen constant dans les différents types d espace (CUS, Village, rural)? Transferts extérieur-intérieur - SO 2 1,5 - PM, HAP, métaux 1,2 - COV < 1 Population constante entre 1999 et 2020? Hypothèse d additivit é des effets systémiques ou cancérigènes? Réalité de l'évolution des gains technologiques attendus sur les émission des moteurs? 45 CONCLUSION de l étude Air-Santé Selon les conditions de modélisation, Selon les améliorations technologiques attendues sur les facteurs d émissions des véhicules en polluant, Et selon les données d entrée retenues pour l évaluation des risques sanitaires (données trafics, ), La zone impactée par le projet du GCO (effet de proximité) est étroite (<150m), les niveaux de pollution atteints dans cette zone, jusque là épargnée, sont faibles (< aux seuils CAA et autres VTR) et la zone est éloignée des habitations. En définitive, le projet du GCO - Permet d améliorer la situation sanitaire en traversée de l agglomération de Strasbourg, très peuplée. - Engendre une pollution nouvelle dans le Kochersberg mais ce niveau de pollution reste faible et acceptable du point de vue sanitaire et le calage du tracé proposé à l enquête publique permet d inscrire la zone d influence du GCO dans un secteur éloigné des zones de population. Le projet du GCO n engendrerait donc pas d effets sanitaires liés à l inhalation, qui ne seraient apparus en son absence, et cela, que ce soit au droit du projet comme sur l ensemble de l aire d étude. 46